DE10344605B4 - Leitbahn-Verbindungsstruktur sowie zugehöriges Herstellungsverfahren - Google Patents

Leitbahn-Verbindungsstruktur sowie zugehöriges Herstellungsverfahren Download PDF

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Abstract

Leitbahn-Verbindungsstruktur mit
einer ersten Leitbahn (M1), die in einer ersten Leitbahnebene ausgebildet ist;
einer zweiten Leitbahn (M2), die in einer zweiten Leitbahnebene ausgebildet ist; und
einer Vielzahl von Verbindungselementen (V), die die erste Leitbahn (M1) mit der zweiten Leitbahn (M2) elektrisch miteinander verbindet, wobei
die erste und zweite Leitbahn (M1, M2) senkrecht zueinander angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Verbindungselementen (V) in Bezug zu einer gekrümmten Überlagerungsausrichtung (I) der überlagerten Leitbahnen seitlich in zumindest einem Seitenbereich (S) der ersten und zweiten Leitbahn (M1, M2) ausgebildet ist, während im gesamten Überlappungsbereich der Mittenbereich (Z) frei von Verbindungselementen (V) ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leitbahn-Verbindungsstruktur sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren und insbesondere auf eine Leitbahn-Verbindungsstruktur sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren zur Verbesserung von Elektromigrationseigenschaften in integrierten Schaltungen.
  • Integrierte Schaltungen weisen eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen wie beispielsweise Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren auf, die über Leitbahnen bzw. Leitbahnstrukturen angesteuert werden. Insbesondere in hochintegrierten Schaltungen sind eine Vielzahl von Leitbahnebenen bzw. Metallisierungsebenen erforderlich, die durch Isolierschichten voneinander getrennt sind und über elektrisch leitende Verbindungselemente bzw. sogenannte „Vias" miteinander in Verbindung stehen. Üblicherweise werden derartige Verbindungselemente in einem vorgegebenen Layout-Raster senkrecht zu den Leitbahnen angeordnet.
  • Aus der den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bildenden Druckschrift US 5 955 788 A ist eine herkömmliche Leitbahn-Verbindungsstruktur bekannt, mit einer in einer ersten Leitbahnebene ausgebildeten ersten Leitbahn, einer in einer zweiten Leitbahnebene ausgebildeten zweiten Leitbahn und einer Vielzahl von Verbindungselementen, die die erste Leitbahn mit der zweiten Leitbahn elektrisch miteinander verbindet, wobei die erste und zweite Leitbahn senkrecht zueinander angeordnet sind.
  • 1 zeigt eine vereinfachte Draufsicht einer weiteren herkömmlichen Leitbahn-Verbindungsstruktur, wobei eine erste Leitbahn M1 über ein Array bzw. Feld von neun Verbindungselementen bzw. Vias V mit einer darüberliegenden zweiten Leitbahn M2 verbunden ist.
  • 2 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht der herkömmlichen Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß 1, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Schichten bzw. Elemente wie in 1 bezeichnen. Gemäß 2 befindet sich demzufolge die erste Metallisierungsschicht bzw. erste Leitbahn M1 auf einer Trägerschicht bzw. einem Substrat 1 und ist entsprechend strukturiert. An der Oberfläche der ersten Leitbahn M1 bzw. der Trägerschicht 1 ist eine Isolationsschicht D ausgebildet, wobei in der Isolationsschicht D zunächst Kontaktlöcher bis zur ersten Leitbahn M1 ausgebildet werden und anschließend zur Realisierung der Verbindungselemente bzw. Kontakt-Vias V elektrisch leitendes Material aufgefüllt wird. An der Oberfläche der Isolationsschicht D bzw. der Verbindungselemente V befindet sich schließlich die zweite Leitbahn bzw. zweite Metallisierungsschicht M2, die somit über die Verbindungselemente V mit der ersten Leitbahn M1 elektrisch verbunden ist.
  • Bei zukünftigen Produkt-Entwicklungen ist es oft notwendig, hohe Ströme durch eine Leitbahnstruktur fließen lassen zu können, wobei die maximal mögliche Stromdichte, d. h. Strom pro Leitbahnquerschnitt gemäß dem Black'schen-Gesetz direkt proportional zur Lebensdauer ist und üblicherweise während der Technologie-Qualifikation ermittelt wird. Bei einem Produkt-Design darf daher diese maximale Stromdichte für keinen Abschnitt bzw. Teil einer Metallisierung bzw. einer Leitbahn überschritten werden.
  • Leitbahn-Verbindungsstrukturen stellen nunmehr aufgrund ihrer Barrierenfunktion hinsichtlich eines Materialtransports insbesondere bei Elektromigrations-Phänomenen einen besonderen Schwachpunkt in Leitbahn-Strukturen dar.
  • Üblicherweise wurde dieses Problem durch Verwendung von breiteren Leitbahnen gelöst, wodurch jedoch Fläche auf dem Produkt verbraucht wird und im ungünstigsten Fall das Produkt bzw. der Halbleiterbaustein nicht hergestellt werden kann, weil die Technologie nicht die geforderte Stromdichte trägt.
  • Aus der Druckschrift US 5 963 831 A ist eine weitere herkömmliche Leitbahn-Verbindungsstruktur sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren bekannt, wobei zur Verbesserung der Elektromigrationseigenschaften und insbesondere zur Vergleichmäßigung eines Stroms über eine Leitbahnbreite Schlitze mit unterschiedlicher Länge in die Leitbahnen eingebracht und mit einem Dielektrikum aufgefüllt werden. Obwohl auf diese Weise die Elektromigrationseigenschaften verbessert werden, ist eine derartige Verbindungsstruktur sehr aufwendig und somit kostenintensiv.
  • Aus der Druckschrift US 5 748 550 A ist ferner eine herkömmliche Leitbahn-Verbindungsstruktur bekannt, bei der zur Vermeidung von Rissen und zur Verringerung eines Widerstands in Stromversorgungsleitungen ohne Verwendung von Schlitzen die Leitbahnen nur teilweise überlappend und parallel zueinander angeordnet sind, wobei in der überlappenden Teilbereichen Kontakt-Vias ausgebildet sind.
  • Ferner ist aus der Druckschrift EP 1 220 315 A2 eine herkömmliche Leitbahn-Verbindungsstruktur bekannt, bei der durch Topographie-Hügel verursachte Kurzschlüsse zwischen Leitbahnen dadurch verringert werden, dass isolierende Pfeiler in Über lappungsbereichen von Leitbahnen angeordnet werden. Die Kontakt-Vias können hierbei seitlich vom Pfeiler angeordnet sein.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Leitbahn-Verbindungsstruktur sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren zu schaffen, wobei verbesserte Elektromigrationseigenschaften und somit erhöhte Stromtragfähigkeiten der Leitbahnen bei minimalen Kosten realisierbar sind.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der Leitbahn-Verbindungsstruktur durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 8 gelöst.
  • Insbesondere durch die Verwendung einer Vielzahl von Verbindungselementen, die in Bezug zu einer Überlagerungsausrichtung der überlagerten Leitbahnen seitlich in zumindest einem Seitenbereich einer ersten und zweiten Leitbahn ausgebildet ist, während im gesamten Überlappungsbereich der Mittenbereich frei von den Verbindungselementen ist, kann überraschenderweise eine Elektromigrationseigenschaft wesentlich verbessert und somit die Stromtragfähigkeit der Leitbahnen in diesem Bereich wesentlich erhöht werden. Auf diese Weise können weiter verbesserte Integrationsdichten und/oder eine verbesserte Lebensdauer insbesondere von integrierten Halbleiterschaltungen realisiert werden.
  • Vorzugsweise sind die Verbindungselemente in einem vorgegebenen Layout-Raster angeordnet und weisen eine vorgegebene Strukturbreite sowie einen vorgegebenen Strukturabstand auf, weshalb ausgehend von bereits existierenden Leitbahn-Verbindungsstrukturen mit minimalen Modifikationen bzw. durch Weglassen von Kontaktöffnungen in vorbestimmten Gebieten eines Überlagerungsbereiches Leitbahn-Verbindungsstrukturen mit verbesserten Elektromigrationseigenschaften und erhöhten Stromtragfähigkeiten realisiert werden können.
  • Vorzugsweise ist eine Breite des von Verbindungselementen freien Mittenbereichs größer als eine Breite des zumindest einen Seitenbereiches, welcher die Verbindungselemente aufweist. Bei einer derartigen Ausgestaltung konnte eine besondere Verbesserung der Elektromigrationseigenschaften beobachtet werden.
  • Vorzugsweise weisen die sich überlagernden und mit den Verbindungselementen verbundenen Leitbahnen eine im Wesentlichen gleiche Leitbahnbreite auf. Da derartige Leitbahn-Verhältnisse bei nahezu 90% der vorhandenen Leitbahnen zur Verfügungen stehen, kann die Erfindung wiederum problemlos auf nahezu alle bereits existierenden Verdrahtungs-Layouts bzw. Maskensätze angewendet werden, wodurch sich wesentliche Kostenersparungen ergeben.
  • Vorzugsweise weisen die Verbindungselemente ein zu den Leitbahnen unterschiedliches Material auf, wodurch besonders hochleitfähige Leitbahnstrukturen mit geringen Elektromigrationseigenschaften und verbesserten Stromtragfähigkeiten realisiert werden können. Während für die Leitbahnen demzufolge vorzugsweise Wolfram oder Kupfer verwendet werden, weisen die Verbindungselemente vorzugsweise Wolfram auf.
  • Ferner können sowohl die Verbindungselemente als auch die Leitbahnen eine Diffusionsbarrierenschicht aufweisen, wodurch eine Diffusion von Verunreinigungen von oberen Leitbahnebenen in beispielsweise ein Halbleitersubstrat zuverlässig verhindert werden kann und somit die elektrischen Eigenschaften der Halbleiterbauelemente verbessert werden.
  • Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung einer Leitbahn-Verbindungsstruktur wird zunächst eine erste Leitbahn auf einer Trägerschicht ausgebildet, anschließend eine Isolationsschicht auf der ersten Leitbahn ausgebildet, nachfolgend eine Vielzahl von elektrisch leitenden Verbindungselementen in der Isolationsschicht ausgebildet, bis sie die erste Leitbahn berühren, und abschließend eine zweite Leitbahn auf der Isolationsschicht derart ausgebildet, dass sie die darin ausgebildeten Verbindungselemente berührt und senkrecht zu der ersten Leitbahn angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Verbindungselementen derart angeordnet sind, dass sie in Bezug zu einer Überlagerungsausrichtung der überlagerten Leitbahnen seitlich in zumindest einem Seitenbereich der ersten und zweiten Leitbahn liegen, während im gesamten Überlappungsbereich der Mittenbereich frei von Verbindungselementen ist. Ein derartiges Verfahren lässt sich besonders leicht auf bereits existierende Verfahren zur Herstellung von Leitbahn-Verbindungsstrukturen anwenden, weshalb es sehr kostengünstig ist.
  • In den weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 eine vereinfachte Schnittansicht der Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß 1 entlang eines Schnitts A-A;
  • 3 eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß einem nicht beanspruchten ersten Beispiel;
  • 4 eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß einem nicht beanspruchten zweiten Beispiel;
  • 5 eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 6 eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 7 eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und
  • 8 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Ausfallverteilung gemäß einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Leitbahn-Verbindungsstruktur.
  • 3 zeigt eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß einem nicht beanspruchten ersten Beispiel, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Elemente wie in den 1 und 2 bezeichnen und auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird.
  • Gemäß 3 ist wie beim Stand der Technik wiederum eine erste Leitbahn M1 auf einer Trägerschicht 1, wie beispielsweise einem Halbleitersubstrat ausgebildet, in dem z. B. Halb leiterbauelemente ausgebildet sind, wobei in einer darüber liegenden Isolationsschicht bzw. dielektrischen Schicht D eine Vielzahl von Verbindungselementen V ausgebildet sind, die die erste Metallbahn M1 berühren bzw. kontaktieren. An der Oberfläche der dielektrischen Schicht bzw. Isolationsschicht D befindet sich wiederum eine zweite Leitbahn bzw. Metallschicht M2, welche die obere Seite der Verbindungselemente bzw. Kontakt-Vias V berührt, wodurch eine Leitbahn-Verbindungsstruktur realisiert ist.
  • Im Gegensatz zur herkömmlichen Anordnung der Verbindungselemente bzw. Kontakt-Vias V gemäß dem Stand der Technik, bei dem die Verbindungselemente üblicherweise quer zur Leitbahnlänge liegen und beispielsweise gemäß 1 in drei Spalten quer zur Leitbahnlänge bzw. einer Leitbahnausrichtung liegen können, wird gemäß 3 eine Vielzahl von Verbindungselementen V parallel entlang der Leitbahnlänge bzw. der Leitbahnausrichtungen in einem Seitenbereich der ersten und zweiten Leitbahn M1 und M2 angeordnet.
  • Genauer gesagt wird in einem Überlagerungsbereich der Leitbahnen M1 und M2, d. h. einem Bereich in dem die Leitbahnen übereinander liegen, die Vielzahl von Verbindungselementen V in Bezug zu einer Überlagerungsausrichtung I der Leitbahnen, d. h. einer resultierenden Ausrichtung der überlagerten Leitbahnen, seitlich in zumindest einem Seitenbereich S der ersten und zweiten Leitbahnen M1 und M2 ausgebildet, während ein Mittenbereich Z der Leitbahnen frei von Verbindungselementen V ist.
  • Wie in 8 gezeigt wird, kann somit bei gleicher oder geringerer Anzahl von Verbindungselementen V durch beispielsweise „Herüberklappen" der üblicherweise spaltenweisen Anordnung der Verbindungselemente V zur Leitbahnlänge in eine in einem Seitenbereich S liegende zeilenweise Anordnung der Verbindungselemente V zur Leitbahnlänge eine wesentliche Verbesserung der Elektromigrationseigenschaften realisiert werden, wodurch sich eine Stromtragfähigkeit der Leitbahnen bzw. der gesamten Leitbahnstruktur erhöht. Auf diese Weise lassen sich entweder die Integrationsdichten weiter erhöhen oder die Lebensdauer von integrierten Schaltungen verlängern.
  • Unter einer Überlagerungsausrichtung I der sich überlagernden Leitbahnen M1 und M2 wird demzufolge eine resultierende Ausrichtung der überlagerten Leitbahnen M1 und M2 verstanden, wobei diese Überlagerungsausrichtung I im Wesentlichen mit einer Haupt-Stromrichtung in den Leitbahnen M1 und M2 in einem Betriebszustand übereinstimmt. Demzufolge ist eine Überlagerungsausrichtung bzw. eine Haupt-Stromrichtung I der Leitbahnen M1 und M2 im Wesentlichen in Richtung ihrer Leitbahnlänge zu betrachten, wobei lediglich in einem Verbindungsbereich dieser Hauptstrom in eine Vielzahl von Einzelströmen I1 bis I4 aufgeteilt wird, die zu den seitlich angeordneten Verbindungselementen V sowie durch diese hindurch zur unteren ersten Leitbahn M1 fließen und dort wieder in Richtung der Leitbahnlänge bzw. Hauptstrom- oder Überlagerungsausrichtung I weiterfließen.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Drehung der Verbindungselemente V von einem üblicherweise verwendeten Stirnbereich der Leitbahnen in ihren jeweils nur einen Seitenbereich S gemäß 3 steigt die Stromtragfähigkeit beispielsweise auf das 1½-Fache, wodurch sich die Lebensdauer nahezu verdoppelt. Darüber hinaus wird durch diese neue Anordnung der Kontakt-Vias bzw. Verbindungselemente V nicht mehr Fläche bzw. Platz verbraucht, weshalb sich die Integrationsdichten bei gleicher Stromtragfähigkeit erhöhen lassen.
  • Vorzugsweise werden die Verbindungselemente V in einem vorgegebenen Layout-Raster angeordnet, wobei sie eine vorgegebene Strukturbreite F sowie einen vorgegebenen Strukturabstand P (Space P; Pitch = F + P) aufweisen. Da gemäß dem Stand der Technik üblicherweise auch die in 1 dargestellten Felder bzw. Arrays von Verbindungselementen mit beispielsweise drei Spalten und drei Zeilen von Verbindungselementen existieren, kann auf besonders einfache Art und Weise in bereits vorhandenen Datenbanken bzw. Layout-Verzeichnissen eine entsprechende Verbindungsstruktur durch Weglassen der Verbindungselemente V in einem Mittenbereich Z sehr einfach realisiert werden (d. h. die in 1 dargestellten 9 Vias werden auf 6 reduziert), weshalb sich bei wesentlicher Verbesserung der Elektromigrationseigenschaften keine Mehrkosten und aufwendige Re-Designs ergeben.
  • Vorzugsweise ist eine Breite des von den Verbindungselementen V freien Mittebereichs Z größer als eine Breite der Seitenbereiche S der Leitbahnen M1 und M2.
  • Obwohl die Verbindungselemente V sowie die Leitbahnen M1 und M2 grundsätzlich ein gleiches elektrisch leitendes Material aufweisen können, wird vorzugsweise für die Verbindungselemente sowie für die Leitbahnen M1 und M2 ein unterschiedliches Material verwendet, wodurch weiter verbesserte Leitbahnstrukturen geschaffen werden können. Insbesondere wird beispielsweise für die Leitbahnen M1 und M2 Aluminium oder Kupfer verwendet, während die Verbindungselemente bzw. elektrisch leitenden Durchführungen V Wolfram-Füllschichten aufweisen. Selbstverständlich sind zur Verbesserung der Elektromigrationseigenschaften der Leitbahnstruktur auch Mehrfachschichtenfolgen für die Leitbahnen M1 und M2 sowie für die Verbindungselemente V denkbar.
  • Insbesondere kann eine Diffusionsbarrierenschicht bzw. ein so genannter Liner zur Vermeidung eines Eindringens von Dotierstoffen in ein Halbleitersubstrat verwendet werden. Eine derartige (nicht dargestellte) Diffusionsbarrierenschicht kann entweder an der Oberfläche der ersten Leitbahn M1 im Bodenbereich der Verbindungselemente V, im Kopfbereich der Verbindungselemente V oder vor dem Ausbilden der zweiten Leitbahn M2, d. h. an der Oberfläche der Verbindungselemente und der Isolationsschicht D ausgebildet werden.
  • 4 zeigt eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß einem nicht beanspruchten zweiten Beispiel, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Schichten und Elemente wie in 1 bis 3 bezeichnen und auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird.
  • Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß 3 kann die Vielzahl von Verbindungselementen V auch in beiden Seitenbereichen S der Leitbahnen M1 und M2 in deren Überlagerungsbereich ausgebildet sein, wodurch man wiederum verbesserte Elektromigrationseigenschaften und somit eine erhöhte Stromtragfähigkeit bzw. hohe Stromfestigkeit erhält. Ausgehend von beispielsweise einer üblicherweise vorhandenen Via-Matrix bzw. einem Verbindungselement-Array von 4 × 4 Verbindungselementen V werden gemäß 4 die zwei Verbindungselement-Zeilen im Mittenbereich Z der Leitbahnen M1 und M2 eliminiert, wodurch sich in Spezialfällen die Verbesserung der Elektromigrationseigenschaften ergibt.
  • Obwohl gemäß 3 und 4 die Leitbahnen M1 und M2 im Wesentlichen parallel übereinander in einer Flucht angeordnet sind und eine im Wesentlichen gleiche Leitbahnbreite aufweisen, können auch unterschiedliche Leitbahnbreiten vorhanden sein und insbesondere die Leitbahnen senkrecht zueinander angeordnet sein.
  • 5 zeigt eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Elemente bzw. Schichten wie in den 1 bis 4 bezeichnen, weshalb auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird.
  • Gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel sind nunmehr die Leitbahnen M1 und M2 hinsichtlich ihrer Leitbahnlänge bzw. ihrer zugehörigen Leitbahnausrichtungen senkrecht zueinander angeordnet, wobei die Oberflächen der Leitbahnen weiterhin parallel zueinander ausgerichtet bleiben, wodurch sich im Überlagerungsbereich eine gekrümmte Überlagerungsausrichtung bzw. Hauptstromrichtung I für die überlagerten Leitbahnen M1 und M2 ergibt. Wiederum kann eine wesentliche Verbesserung der Elektromigrationseigenschaften und somit der Stromtragfähigkeit der Verbindungsstruktur festgestellt werden, wenn die Verbindungselemente V in Bezug zur Überlagerungsausrichtung I (von M2 über V nach M1), die im Wesentlichen der Hauptstromrichtung durch die beiden Leitbahnen entspricht, seitlich in zumindest einem der Seitenbereiche S der ersten und zweiten Leitbahnen ausgebildet ist, während ein Mittenbereich frei von Verbindungselementen V ist.
  • Gemäß 5 können demzufolge die Kontakt-Vias V lediglich in einem äußeren Teil-Seitenbereich der Leitbahnen ausgebildet sein, wodurch sie hinsichtlich der ersten Leitbahn M1 in einem Seitenbereich und hinsichtlich der zweiten Leitbahn M2 in deren Stirnbereich zu liegen kommen.
  • 6 zeigt eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Schichten bzw. Elemente wie in den 1 bis 5 bezeichnen und auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird.
  • Gemäß 6 können die Verbindungselemente V demzufolge auch im gesamten äußeren Seitenbereich der Leitbahnen bzw. dem Seiten- und Stirnbereich der ersten und zweiten Leitbahn M1 und M2 seitlich neben der Überlagerungsausrichtung bzw. der Hauptstromrichtung I ausgebildet sein und beispielsweise eine Langloch-Form in Überlagerungsausrichtung aufweisen.
  • 7 zeigt eine vereinfachte Draufsicht einer Leitbahn-Verbindungsstruktur gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Elemente bzw. Schichten wie in den 1 bis 6 bezeichnen und eine auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird.
  • Gemäß 7 werden im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 6 die Verbindungselemente V nicht nur in einem äußeren Seitenbereich S seitlich von der Überlagerungsausrichtung bzw. der Hauptstromrichtung I, sondern auch in einem inneren Seitenbereich S ausgebildet, wodurch in Spezialfällen eine weitere Verbesserung der Elektromigrationseigenschaften beobachtet werden kann. Darüber hinaus können die Verbindungselemente bzw. Kontakt-Vias V im Gegensatz zur rechteckigen Form auch eine kreisrunde Form aufweisen, wobei die Form üblicherweise von den bereits in der Technologie zur Verfügung gestellten Formen abhängt. In diesem Sinne sind daher auch ovale oder sonstige Formen für die Verbindungselemente V denkbar.
  • 8 zeigt eine vereinfachte grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Ausfallverteilung einer Leitbahn-Verbindungsstruktur mit acht Verbindungselementen in Abhängigkeit von einer Zeitdauer, wobei sie einmal gemäß dem Stand der Technik in einer Spalte quer zur Leitbahnlänge an der Stirnfläche der Leitbahnen und zum anderen gemäß 3 in nur einem Seitenbereich S der Leitbahnen in einer Zeile längs zur Leitbahnlänge angeordnet sind. Bei in etwa gleicher Ausfallwahrscheinlichkeit ergibt sich somit eine wesentlich erhöhte Lebensdauer.
  • Die Erfindung wurde vorstehend an Hand einer Leitbahn-Verbindungsstruktur beschrieben, wie sie in integrierten Halbleiterschaltungen verwendet wird. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann in gleicher Weise insbesondere auch für Verdrahtungsstrukturen in gedruckten Schaltungen (PCB, Printed Circuit Boards) oder On-Chip-Verdrahtungen verwendet werden.

Claims (11)

  1. Leitbahn-Verbindungsstruktur mit einer ersten Leitbahn (M1), die in einer ersten Leitbahnebene ausgebildet ist; einer zweiten Leitbahn (M2), die in einer zweiten Leitbahnebene ausgebildet ist; und einer Vielzahl von Verbindungselementen (V), die die erste Leitbahn (M1) mit der zweiten Leitbahn (M2) elektrisch miteinander verbindet, wobei die erste und zweite Leitbahn (M1, M2) senkrecht zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Verbindungselementen (V) in Bezug zu einer gekrümmten Überlagerungsausrichtung (I) der überlagerten Leitbahnen seitlich in zumindest einem Seitenbereich (S) der ersten und zweiten Leitbahn (M1, M2) ausgebildet ist, während im gesamten Überlappungsbereich der Mittenbereich (Z) frei von Verbindungselementen (V) ist.
  2. Leitbahn-Verbindungsstruktur nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (V) in einem vorgegebenen Layout-Raster angeordnet sind und eine vorgegebene Strukturbreite (F) sowie einen vorgegebenen Strukturabstand (P) aufweisen.
  3. Leitbahn-Verbindungsstruktur nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite des von Verbindungselementen freien Mittenbereichs (Z) größer ist als eine Breite des zumindest einen Seitenbereichs (S).
  4. Leitbahn-Verbindungsstruktur nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Leitbahnen (M1, M2) parallel zueinander ausgerichtet sind, und eine im Wesentlichen gleiche Leitbahnbreite aufweisen.
  5. Leitbahn-Verbindungsstruktur nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (V) eine rechteckige, kreisrunde, ovale oder Langloch-Form aufweisen.
  6. Leitbahn-Verbindungsstruktur nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (V) ein zu den Leitbahnen (M1, M2) unterschiedliches Material aufweisen.
  7. Leitbahn-Verbindungsstruktur nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (V) und/oder die Leitbahnen (M1, M2) eine Diffusionsbarrierenschicht aufweisen.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Leitbahn-Verbindungsstruktur mit den Schritten: a) Ausbilden einer ersten Leitbahn (M1) auf einer Trägerschicht (1); b) Ausbilden einer Isolationsschicht (D) auf der ersten Leitbahn (M1); c) Ausbilden einer Vielzahl von elektrisch leitenden Verbindungselementen (V) in der Isolationsschicht (D) derart, dass sie die erste Leitbahn (M1) berühren; und d) Ausbilden einer zweiten Leitbahn (M2) auf der Isolationsschicht (D) derart, dass sie die Verbindungselemente (V) berührt und senkrecht zu der ersten Leitbahn (M1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Verbindungselementen (V) derart angeordnet sind, dass sie in Bezug zu einer gekrümmten Überlagerungsausrichtung (I) der überlagerten Leitbahnen (M1 und M2) seitlich zumindest einen Seitenbereich (S) der ersten und zweiten Leitbahn (M1, M2) berühren, während im gesamten Überlappungsbereich der Mottenbereich frei von Verbindungselementen (V) ist.
  9. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (V) in einem vorgegebenen Layout-Raster ausgebildet werden und eine vorgegebene Strukturbreite (F) sowie einen vorgegebenen Strukturabstand (P) aufweisen.
  10. Verfahren nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Leitbahnen (M1, M2) parallel zueinander ausgerichtet sind, und eine im Wesentlichen gleiche Leitbahnbreite aufweisen.
  11. Verfahren nach einem der Patentansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausbilden der ersten Leitbahn (M1), beim Ausbilden der Verbindungselemente (V) oder vor dem Ausbilden der zweiten Leitbahn (M2) eine Diffusionsbarrierenschicht ausgebildet wird.
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